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原文传递超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法

专利名称：	超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法
摘要：	本发明涉及材料力学性能测试理论与方法，旨在解决现有技术中的测定方法不能很好地适用于超弹性材料本构模型参数的测定的问题，提供一种超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，将半锥角为θ1、θ2的两种圆锥形压头分别压入超弹性材料表面，得到两条压载荷P‑深度h曲线，并分别从两条曲线中分别得到半锥角角度θ1的圆锥形角度压入下的加载曲率Lθ1的值，以及半锥角角度θ2的圆锥形角度压入下的加载曲率Lθ2的值；通过，推理计算得到超弹性材料的Mooney‑Rivlin模型参数。本发明的有益效果是能够很好地适用于超弹性材料的本构模型参数的测定，能够得到精确度高的可用的结果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南交通大学
发明人：	蔡力勋;陈辉;张希润;包陈
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910428457.5
公开号：	CN110018072A
代理机构：	成都九鼎天元知识产权代理有限公司
代理人：	钱成岑
分类号：	G01N3/42(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	610041 四川省成都市高新区西部园区西南交通大学
主权项：	1.一种超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，其特征在于： 1)令所测超弹性材料满足Mooney-Rivlin模型，即 u＝C1(I1-3)+C2(I2-3) (1) 式中，C1和C2为材料参数，I1为左柯西-格林变形张量的第一不变量，I1＝λ12+λ22+λ32，I2为左柯西-格林变形张量的第二不变量，I2＝λ12λ22+λ22λ32+λ32λ12，其中λ1、λ2、λ3为主伸长比；考虑与复杂应力状态应变能等效的单轴应力状态，即λ1＝λ，λ2＝λ3＝1/λ0.5，应变能密度函数变为有效变形域内的总应变能为 U＝uV＝(α1_θC1+α2_θC2)D3(h/D)3 (3) 式中，V为有效变形域的体积，α1_θ和α2_θ为半锥角为θ确定时对应确定的常数； 2)令超弹性材料锥压载荷P-深度h满足基克定律P＝Lθh2，其中Lθ为加载曲率，结合式(3)将P-h关系显式表示为 P＝3(α1_θC1+α2_θC2)h2 (4) 3)将半锥角为θ1、θ2(θ1≠θ2)的两种圆锥形压头分别压入超弹性材料表面，得到两条压载荷P-深度h曲线，并分别从两条曲线中分别得到半锥角角度θ1的圆锥形角度压入下的加载曲率Lθ1的值，以及半锥角角度θ2的圆锥形角度压入下的加载曲率Lθ2的值；另外，根据式(4)可得式中，α1_θ1、α2_θ1和α1_θ2、α2_θ2分别为两种角度下的常数；由此可求解出材料本构模型参数为 4)根据3)得到的C1、C2结果，代入式(1)得到超弹性材料的Mooney-Rivlin模型参数。 2.根据权利要求1所述的超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，其特征在于：当材料C2接近或者等于0时，在步骤4)中根据3)得到的C1、C2结果代入式(1)得到超弹性材料的Neo-Hookean模型参数。 3.根据权利要求1所述的超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，其特征在于：对于被测对象为宏观结构时，对被测对象表面进行表面处理，使表面粗糙度低于1μm后以准静态压入试验的方法进行压入试验，并且压入深度h的范围为200μm-1000μm。 4.根据权利要求1所述的超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，其特征在于：对于纳米尺度的对象进行测试时，对相应的对象表面进行平滑处理，确保被侧对象相对均匀和具有符合要求的压入深度。 5.根据权利要求1所述的超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，其特征在于：圆锥形压头采用金刚石材料制成。 6.根据权利要求1-5任一项所述的超弹性材料本构模型参数锥形压入测定方法，其特征在于：半锥角θ1、θ2分别取值60°和70.3°，对应的α1_θ1＝2.865，α2_θ1＝3.160，α1_θ2＝4.750，α2_θ2＝5.057。
所属类别：	发明专利